一種人工磁導(dǎo)體單元、人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及平面天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電磁場的超材料領(lǐng)域，特別涉及一種人工磁導(dǎo)體單元、人工磁導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)及平面天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 近幾年，軟硬表面、電磁帶隙結(jié)構(gòu)、左手材料以及人工磁導(dǎo)體（Artificial MagneticConductor，AMC)等名詞越來越多的出現(xiàn)在電磁場技術(shù)領(lǐng)域中，這些結(jié)構(gòu)或者材 料均具有在自然界中并不存在的但極具價(jià)值的電磁特性，因此這些結(jié)構(gòu)或材料也被學(xué)界 稱為超材料，而它們所具有的奇特的電磁特性已經(jīng)在實(shí)現(xiàn)新型高性能天線與微波器件領(lǐng)域 顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢。
[0003] 由于理想電導(dǎo)體（PerfectElectronicConductor，PEC)表面需滿足邊界條件：切 向電場為零，可知當(dāng)平面波入射到其表面時(shí)，反射波的電場與入射波之間有180度的相位 差。這使得當(dāng)金屬作為天線的反射面用以增強(qiáng)半空間輻射時(shí)，天線與反射面之間的距離需 為四分之一波長左右。否則，由于反射波的電場反相，會(huì)大大削弱天線的輻射性能，這樣就 增大了天線的尺寸，在實(shí)際應(yīng)用中造成不便。由電磁場理論中的對偶性原理，平面波入射到 理想磁導(dǎo)體表面時(shí)，入射波與反射波的電場是同相的，如果用理想磁導(dǎo)體做天線的反射面， 就可以實(shí)現(xiàn)新型的低剖面天線，而理想磁導(dǎo)體在自然界中不存在。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)理想磁導(dǎo)體的電磁特性，人工磁導(dǎo)體被提出，這種結(jié)構(gòu)同樣具有理想磁 導(dǎo)體對平面波的同相位反射特性，同時(shí)具有低剖面，重量輕的特點(diǎn)。目前，關(guān)于人工磁導(dǎo)體 的研究很多，但其窄帶特性一直是研究人工磁導(dǎo)體的瓶頸。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本實(shí)用新型提供一種人工磁導(dǎo)體單元、人 工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及平面天線。
[0006]本實(shí)用新型可提供相對帶寬為50%的寬頻段覆蓋，使用該結(jié)構(gòu)作為平面基站天線 反射板可將天線高度降低到原來的1/3,該結(jié)構(gòu)對多種極化的天線同時(shí)適應(yīng)，應(yīng)用范圍很 廣。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案：
[0008] -種人工磁導(dǎo)體單元，包括金屬周期貼片、金屬過孔、金屬接地板及介質(zhì)基板，所 述金屬周期貼片由中心挖空的方形貼片及螺旋線構(gòu)成，所述螺旋線設(shè)置在方形貼片的中心 挖空部分，并與方形貼片連接，所述螺旋線通過金屬過孔與金屬接地板連接，所述金屬周期 貼片刻蝕在介質(zhì)基板上。
[0009]所述金屬接地板與介質(zhì)基板之間為空氣。
[0010] 所述金屬過孔的長度21_，直徑為1. 5_。
[0011] 所述方形貼片的中心挖空部分為圓形，其中圓形半徑為9_。
[0012] -種人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)如權(quán)利要求1所述的人工磁導(dǎo)體單元，所述多個(gè) 人工磁導(dǎo)體單元周期性分布在介質(zhì)基板上。
[0013] 所述多個(gè)人工磁導(dǎo)體單元周期性分布具體為9X9周期性分布，其中螺旋線為90 度旋轉(zhuǎn)對稱。
[0014] 一種由人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)構(gòu)成的平面天線，包括天線振子以及位于天線振子下方的 人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述天線振子包括天線介質(zhì)基板、下表面金屬貼片和上表面金屬貼片。
[0015] 所述天線振子與人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的距離為9_。
[0016] 所述平面天線為雙極化平面天線、線極化平面天線或雙極化平面天線中的一種。
[0017] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0018] (1)金屬過孔連接周期貼片與金屬地板是實(shí)現(xiàn)寬帶特性的關(guān)鍵，增加金屬過孔的 長度可以增加等效電感從而起到拓展帶寬的作用，但同時(shí)也增加了人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面 高度。該結(jié)構(gòu)通過設(shè)計(jì)合適的過孔長度，既達(dá)到了需要的帶寬，又保證了低剖面特性；
[0019] (2)周期貼片包括中心挖空的方形貼片和螺旋線兩部分，方形貼片可等效為電容， 螺旋線可等效為電感，起到拓展帶寬的作用，調(diào)節(jié)螺旋線的長度和寬度可調(diào)節(jié)人工磁導(dǎo)體 的反射相位帶隙；
[0020] (3)該結(jié)構(gòu)采用厚度為0. 76_，相對介電常數(shù)為3. 48的介質(zhì)，介質(zhì)層與金屬地板 之間為空氣層，由于其等效介電常數(shù)較小，等效電容也較小，使用這種結(jié)構(gòu)既有利于拓展帶 寬，又具有低損耗、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0021] 圖1 (a)是本實(shí)用新型人工磁導(dǎo)體單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1 (b)是該人工磁導(dǎo)體單 元結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0022] 圖2 (a)是本實(shí)用新型人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2 (b)是該人工磁導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)剖面示意圖；
[0023] 圖3是本實(shí)用新型人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)加載在平面天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖4(a)是現(xiàn)有技術(shù)下加載金屬反射板的天線結(jié)構(gòu)剖面示意圖，圖4(b)是加載人 工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)天線剖面示意圖；
[0025] 圖5是加載人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)天線S參數(shù)曲線圖。
[0026] 圖中示出：
[0027] 1-金屬周期貼片，2-金屬過孔，3-金屬接地板，4-介質(zhì)基板，5-方形貼片，6-螺旋 線，7-天線介質(zhì)基板，8-下表面金屬貼片，9-上表面金屬貼片，10-立柱。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí) 施方式不限于此。
[0029] 實(shí)施例
[0030] 如圖1(a)-圖1(b)所示，一種人工磁導(dǎo)體單元，包括金屬周期貼片1、金屬過孔2、 金屬接地板3及介質(zhì)基板4,所述金屬周期貼片1由中心挖空的方形貼片5及螺旋線6構(gòu) 成，所述螺旋線6設(shè)置在方形貼片5的中心挖空部分，并與方形貼片5連接，所述螺旋線6 通過金屬過孔2與金屬接地板3電連接，所述金屬周期貼片1刻蝕在介質(zhì)基板上。金屬過 孔2使得金屬周期貼片1與金屬接地板3之間形成LC并聯(lián)等效電路，其中，金屬周期貼片 1的方形貼片5可以等效為電容，螺旋線6可以等效為電感，并且金屬過孔2可以等效為電 感。該結(jié)構(gòu)可以有效拓展帶寬。圖1(a)中所示斜紋部分為方形貼片的中心挖空部分，由圖 中可知，螺旋線設(shè)置在中心挖空部分。所述金屬地板與介質(zhì)基板之間為空氣。
[0031] 如圖2(a) -圖2(b)所示，由圖1(a) -圖1(b)的人工磁導(dǎo)體單元構(gòu)成的人工磁導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)，多個(gè)人工磁導(dǎo)體單元周期性分布在介質(zhì)基板4上，如圖所示，人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的金 屬周期貼片1以周期性規(guī)則方式布置。該人工磁導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表面上布置有9行9列的金屬 周期貼片，金屬周期貼片的螺旋線的排布方向可通過仿真結(jié)果來得到，為90度旋轉(zhuǎn)對稱時(shí) 交叉極化最小。并且能夠看到，金屬周期貼片1并不一定填滿介質(zhì)基板4,而是空出介質(zhì)基 板4的中心。其中的空白部分可以便于由同軸線穿過向天線振子饋電，并且不會(huì)影響極化 平面天線的整體性能。
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